Geralmente no corpo, o fluxo sanguíneo é laminar. Entretanto, em condições de alto fluxo, particularmente na aorta ascendente, o fluxo laminar pode ser interrompido e tornar-se turbulento. Quando isso ocorre, o sangue não flui linearmente e suavemente em camadas adjacentes, mas o fluxo pode ser descrito como sendo caótico. O fluxo turbulento também ocorre em grandes artérias em pontos de ramos, em artérias doentes e estreitas (estenóticas ou parcialmente obstruídas) (ver figura abaixo), e através de válvulas cardíacas estenóticas.

Turbulência aumenta a energia necessária para conduzir o fluxo sanguíneo porque a turbulência aumenta a perda de energia sob a forma de fricção, que gera calor. Quando se traça uma relação pressão-fluxo (ver figura à direita), a turbulência aumenta a pressão de perfusão necessária para impulsionar um determinado fluxo. Alternativamente, a uma dada pressão de perfusão, a turbulência leva a uma diminuição do fluxo.

Turbulência não começa a ocorrer até que a velocidade do fluxo se torne suficientemente alta para que a lâmina de fluxo se parta. Portanto, como a velocidade do fluxo sanguíneo aumenta em um vaso sanguíneo ou através de uma válvula cardíaca, não há um aumento gradual da turbulência. Em vez disso, a turbulência ocorre quando um número crítico de Reynolds (Re) é excedido. O número de Reynolds é uma forma de prever em condições ideais quando a turbulência irá ocorrer. A equação para o número de Reynolds é:

Onde V = velocidade média, D = diâmetro do vaso, ρ = densidade do sangue, e η = viscosidade do sangue

Como pode ser visto nesta equação, Re aumenta conforme a velocidade aumenta, e diminui conforme a viscosidade aumenta. Portanto, altas velocidades e baixa viscosidade do sangue (como ocorre com a anemia devido à redução do hematócrito) são mais propensas a causar turbulência. Um aumento no diâmetro sem uma mudança na velocidade também aumenta Re e a probabilidade de turbulência; no entanto, a velocidade nos vasos normalmente diminui desproporcionalmente à medida que o diâmetro aumenta. A razão para isso é que o fluxo (F) é igual ao produto da velocidade média (V) vezes a área transversal (A), e a área é proporcional ao raio ao quadrado; portanto, a velocidade em fluxo constante é inversamente relacionada ao raio (ou diâmetro) ao quadrado. Por exemplo, se o raio (ou diâmetro) for duplicado, a velocidade diminui para um quarto do seu valor normal, e o Re diminui pela metade.

Em condições ideais (por exemplo, vasos sanguíneos longos, retos e lisos), o Re crítico é relativamente alto. Entretanto, em vasos ramificados, ou em vasos com placas ateroscleróticas salientes na luz, o Re crítico é muito mais baixo, de modo que pode haver turbulência mesmo em velocidades normais de fluxo fisiológico.

Turbulência gera ondas sonoras (por exemplo, murmúrio de ejeção, hematomas carotídeos) que podem ser ouvidas com um estetoscópio. Como velocidades mais elevadas aumentam a turbulência, os murmúrios intensificam-se à medida que o fluxo aumenta. Saídas cardíacas elevadas, mesmo através de válvulas aórticas anatomicamente normais, podem causar murmúrios fisiológicos por causa da turbulência. Isso às vezes ocorre em mulheres grávidas que têm débito cardíaco elevado e que também podem ter anemia, o que diminui a viscosidade do sangue. Ambos os fatores aumentam o número de Reynolds, o que aumenta a probabilidade de turbulência.